连接器接触电阻

1引言不论是高频电连接器，还是低频电连接器，接触电阻、绝缘电阻和介质耐压（又称抗电强度）都是保 证电连接器能正常可靠地工作的最基本的电气参数通常在电连接器产品技术条件的质量一致性检验A、B 组常规交收检验项目中都列有明确的技术指标要求和试验方法这三个检验项目也是用户判别电连接器质 量和可靠性优劣的重要依据但根据作者多年来从事电连接器检验的实践发现；目前各生产厂之间以及生 产厂和使用厂之间，在具体执行有关技术条件时尚存在许多不一致和差异，往往由于采用的仪器、测试工 装、操作方法、样品处理和环境条件等因素的不同，直接影响到检验结果的准确性和一致性为此，作者 认为：针对目前这三个常规电性能检验项目在实际操作中存在的问题进行一些专题研讨，对提高电连接器 检验可靠性是十分有益的另外，随着电子信息技术的迅猛发展，新一代的多功能自动检测仪正在逐步替代原有的单参数测试仪 这些新型测试仪器的应用必将大大提高电性能的检测速度、效率和准确可靠性2.1作用原理在显微镜下观察连接器接触件的表面，尽管镀金层十分光滑，则仍能观察到5-10微米的凸起部分会 看到插合的一对接触件的接触，并不是整个接触面的接触，而是散布在接触面上一些点的接触。

实际接触 面必然小于理论接触面根据表面光滑程度及接触压力大小，两者差距有的可达几千倍实际接触面可分 为两部分；一是真正金属与金属直接接触部分即金属间无过渡电阻的接触微点，亦称接触斑点，它是由 接触压力或热作用破坏界面膜后形成的这部分约占实际接触面积的5-10%二是通过接触界面污染薄膜 后相互接触的部分因为任何金属都有返回原氧化物状态的倾向实际上，在大气中不存在真正洁净的金 属表面，即使很洁净的金属表面，一旦暴露在大气中，便会很快生成几微米的初期氧化膜层例如铜只要 2-3分钟，镍约30分钟，铝仅需2-3秒钟，其表面便可形成厚度约2微米的氧化膜层即使特别稳定的贵 金属金，由于它的表面能较高，其表面也会形成一层有机气体吸附膜此外，大气中的尘埃等也会在接触 件表面形成沉积膜因而，从微观分析任何接触面都是一个污染面综上所述，真正接触电阻应由以下几部分组成；1） 集中电阻电流通过实际接触面时，由于电流线收缩（或称集中）显示出来的电阻将其称为集中电阻或收缩电 阻2） 膜层电阻由于接触表面膜层及其他污染物所构成的膜层电阻从接触表面状态分析；表面污染膜可分为较坚实 的薄膜层和较松散的杂质污染层故确切地说，也可把膜层电阻称为界面电阻。

3） 导体电阻实际测量电连接器接触件的接触电阻时，都是在接点引出端进行的，故实际测得的接触电阻还包含接 触表面以外接触件和引出导线本身的导体电阻导体电阻主要取决于金属材料本身的导电性能，它与周围 环境温度的关系可用温度系数来表征为便于区分，将集中电阻加上膜层电阻称为真实接触电阻而将实际测得包含有导体电阻的称为总接触 电阻在实际测量接触电阻时，常使用按开尔文电桥四端子法原理设计的接触电阻测试仪（毫欧计），其专 用夹具夹在被测接触件端接部位两端，故实际测量的总接触电阻R由以下三部分组成，可由下式表示： R= RC + Rf + Rp,式中：RC—集中电阻；Rf一膜层电阻；Rp一导体电阻接触电阻检验目的是确定电流流经接触件的接触表面的电触点时产生的电阻如果有大电流通过高阻 触点时，就可能产生过分的能量消耗，并使触点产生危险的过热现象在很多应用中要求接触电阻低且稳 定，以使触点上的电压降不致影响电路状况的精度测量接触电阻除用毫欧计外，也可用伏-安计法，安培-电位计法在连接微弱信号电路中，设定的测试参数条件对接触电阻检测结果有一定影响因为接触表面会附有 氧化层，油污或其他污染物，两接触件表面会产生膜层电阻。

由于膜层为不良导体，随膜层厚度增加，接 触电阻会迅速增大膜层在高的接触压力下会机械击穿，或在高电压、大电流下会发生电击穿但对某些 小型连接器设计的接触压力很小，工作电流电压仅为mA和mV级，膜层电阻不易被击穿，接触电阻增大可 能影响电信号的传输在GB5095 “电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法”中的接触电阻测试方法之一，“接触电 阻-毫伏法”规定，为防止接触件上膜层被击穿，测试回路交流或直流的开路峰值电压应不大于20mV，交 流或直流的测试中电流应不大于100mA在GJB1217“电连接器试验方法”中规定有“低电平接触电阻”和“接触电阻”两种试验方法其 中低电平接触电阻试验方法基本内容与上述GB5095中的接触电阻-毫伏法相同目的是评定接触件在加上 不改变物理的接触表面或不改变可能存在的不导电氧化薄膜的电压和电流条件下的接触电阻特性所加开 路试验电压不超过20mV，试验电流应限制在100mA在这一电平下的性能足以表现在低电平电激励下的接 触界面的性能而接触电阻试验方法目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之 间的电阻通常采用这一试验方法施加的规定电流要比前一种试验方法大得多。

如国军标GJB101“小圆形 快速分离耐环境电连接器总规范”中规定；测量时电流为1A，接触对串联后，测量每对接触对的电压降， 取其平均值换算成接触电阻值2.2影响因素主要受接触件材料、正压力、表面状态、使用电压和电流等因素影响1） 接触件材料电连接器技术条件对不同材质制作的同规格插配接触件，规定了不同的接触电阻考核指标如小圆形 快速分离耐环境电连接器总规范GJB101-86规定，直径为1mm的插配接触件接触电阻，铜合金W5mQ ,铁合 金W15mQ2） 正压力接触件的正压力是指彼此接触的表面产生并垂直于接触表面的力随正压力增加，接触微点数量及面 积也逐渐增加，同时接触微点从弹性变形过渡到塑性变形由于集中电阻逐渐减小，而使接触电阻降低 接触正压力主要取决于接触件的几何形状和材料性能3） 表面状态接触件表面一是由于尘埃、松香、油污等在接点表面机械附着沉积形成的较松散的表膜，这层表膜由 于带有微粒物质极易嵌藏在接触表面的微观凹坑处，使接触面积缩小，接触电阻增大，且极不稳定二是 由于物理吸附及化学吸附所形成的污染膜，对金属表面主要是化学吸附，它是在物理吸附后伴随电子迁移 而产生的故对一些高可靠性要求的产品，如航天用电连接器必须要有洁净的装配生产环境条件，完善的 清洗工艺及必要的结构密封措施，使用单位必须要有良好的贮存和使用操作环境条件。

4） 使用电压使用电压达到一定阈值，会使接触件膜层被击穿，而使接触电阻迅速下降但由于热效应加速了膜层 附近区域的化学反应，对膜层有一定的修复作用于是阻值呈现非线性在阈值电压附近，电压降的微小 波动会引起电流可能二十倍或几十倍范围内变化使接触电阻发生很大变化，不了解这种非线***，就会在 测试和使用接触件时产生错误5） 电流当电流超过一定值时，接触件界面微小点处通电后产生的焦耳热（）作用而使金属软化或熔化，会对 集中电阻产生影响，随之降低接触电阻2.3问题研讨1） 低电平接触电阻检验考虑到接触件膜层在高接触压力下会发生机械击穿或在高电压、大电流下会发生电击穿对某些小体 积的连接器设计的接触压力相当小，使用场合仅为mV或mA级，膜层电阻不易被击穿，可能影响电信号的 传输故国军标GJB1217-91电连接器试验方法中规定了两种试验方法即低电平接触电阻试验方法和接触 电阻试验方法其中低电平接触电阻试验目的是评定接触件在加上不能改变物理的接触表面或不改变可能 存在的不导电氧化簿膜的电压和电流条件下的接触电阻特性所加开路试验电压不超过20mV，而试验电流 应限制在100mA，在这一电平下的性能足以满足以表现在低电平电激励下的接触界面的性能。

而接触电阻 试验目的是测量通过规定电流的一对插合接触件两端或接触件与测量规之间的电阻，而此规定电流要比前 者大得多，通常规定为1A2） 单孔分离力检验为确保接触件插合接触可靠，保持稳定的正压力是关键正压力是接触压力的一种直接指标，明显影 响接触电阻但鉴于接触件插合状态的正压力很难测量，故一般用测量插合状态的接触件由静止变为运动 的单孔分离力来表征插针与插孔正在接触通常电连接器技术条件规定的分离力要求是用实验方法确定的， 其理论值可用下式表达F=FN«p式中FN为正压力，p为摩擦系数由于分离力受正压力和摩擦系数两者制约故决不能认为分离力大，就正压力大接触可靠现在随着 接触件制作精度和表面镀层质量的提高，将分离力控制在一个恰当的水平上即可保证接触可靠作者在实 践中发现，单孔分离力过小，在受振动冲击载荷时有可能造成信号瞬断用测单孔分离力评定接触可靠性 比测接触电阻有效因为在实际检验中接触电阻件很少出现不合格，单孔分离力偏低超差的插孔，测量接 触电阻往往仍合格3） 接触电阻检验合格不等于接触可靠在许多实际使用场合，汽车、摩托车、火车、动力机械、自动化仪器以及航空、航天、船舶等军用连 接器，往往都是在动态振动环境下使用。

实验证明仅用检验静态接触电阻是否合格，并不能保证动态环境 下使用接触可靠往往接触电阻合格的连接器在进行振动、冲击、离心等模拟环境试验时仍出现瞬间断电 现象故对一些高可靠性要求的连接器，许多设计人员都提出最好能100%对其进行动态振动试验来考核接 触可靠性最近，日本耐可公司推出了一种与导通仪配套使用的小型台式电动振动台，已成功地应用于许 多民用线束的接触可靠性检验。